採餌と最適性理論

効率的に食物を採集する動物は、より多くの子孫を残す傾向があるため、自然選択は、コストとリスクに対してエネルギー獲得を最大化する最適な解決策へと採餌の意思決定を形成すると考えられます。

Definition

採餌と最適性理論は、制約付き最大化のモデルを用いて、自然選択が有利に働くと予想される食物採集の意思決定（何を、どこで、どのくらいの期間食べるか）を予測します。

Scope

このトピックでは、摂食に適用される行動への最適性アプローチ、すなわち、最適な食餌選択のモデル、パッチをどのくらいの期間利用するかに関する限界価値定理、中心地採餌、および摂食と捕食回避の間のトレードオフについて扱います。純エネルギー摂取量などの適応度の通貨、最適性モデルの仮定と制約、およびそれらを支持または洗練する実証的テストについて論じます。

Core questions

• 動物はどの食物を食べるべきか、どのように選択すべきか？
• 採餌者は枯渇するパッチにどのくらいの期間滞在すべきか？
• 採餌者はエネルギー獲得と捕食リスクをどのようにトレードオフするか？
• 最適性の予測は観察された行動とどの程度一致するか？

Key theories

最適食餌モデル

エネルギー摂取量を最大化する採餌者は、獲物を収益性によってランク付けし、より高ランクの獲物が十分に希少で、それらを探索する時間が質の低い獲物を処理するコストを上回る場合にのみ、低ランクの獲物を含めるべきであるとされます。

限界価値定理

摂食によって枯渇するパッチを利用する動物は、各パッチでの摂取率が生息地全体の平均率まで低下したときにそのパッチを離れるべきであり、収穫逓減と次のパッチへの移動時間を考慮してバランスを取るとされます。

Mechanisms

最適性モデルは、意思決定、純エネルギー獲得率のように最大化されるべき通貨、および動物が直面する制約を特定します。食餌選択において、ある獲物タイプを含めることは、その収益性が探索を継続することから得られる期待摂取量を超える場合にのみ有利となります。これは、遭遇率の変化に応じて、専門食と一般食の間で明確な切り替えが起こることを予測します。パッチ利用において、パッチ内の摂取量は時間とともに減少し、限界価値定理は、生息地全体の平均と移動コストから最適な放棄時間を予測します。捕食リスクを追加すると、最適解はより安全だが収益性の低い行動へとシフトします。

Clinical relevance

採餌理論は、放牧種や収穫種の管理、補助給餌や害虫駆除の設計、資源やリスクが変化した際の動物の再分布の予測に役立ちます。これは教育的な文脈であり、管理上の処方箋ではありません。

History

MacArthurとPianka、そして独立してEmlenが1966年に最適採餌理論を提唱しました。Charnovは1976年に限界価値定理を定式化し、1980年代を通じて行われた一連の野外および実験室でのテストは、StephensとKrebsによって統合され、最適性アプローチの力と限界の両方を確立しました。

Debates

動物は本当に最適な採餌者なのか？

批評家は、観察された行動が単純な最適性予測から逸脱することが多いと指摘し、モデルが不十分なのか、あるいは関連する制約、情報限界、および通貨を単に省略しているだけなのかについて議論を促しました。

Key figures

• Robert MacArthur
• Eric Pianka
• Eric Charnov
• John Krebs

Seminal works

• stephens1986
• charnov1976
• davies2012

Frequently asked questions

限界価値定理は何を予測しますか？

それは、パッチ状の環境にいる採餌者が、その場所でのエネルギー獲得率が、移動時間を考慮に入れた上で、生息地全体で達成できる平均率まで低下したときに、枯渇するパッチを離れるべきであると予測します。

採餌者が豊富な低品質の食物を無視する可能性があるのはなぜですか？

高品質の獲物が十分に一般的である場合、低品質のアイテムを処理するのに費やされる時間は、より収益性の高いアイテムを見つけて食べることに費やすことができるため、質の悪いアイテムを含めると全体の摂取率が低下する可能性があります。